土壤有机矿质复合体研究Ⅸ.钙键复合体和铁铝键复合体中腐殖质的性状特征

本文通过化学和仪器分析,研究了土壤中钙键复合体和铁铝键复合体中腐殖质的化学组成、分子结构和理化性状。结果表明,铁铝键复合体中腐殖质（包括故敏酸和富啡酸）的Ｃ、Ｈ、Ｎ一高于钙键复合体中腐殖质,Ｃ／Ｈ、Ｃ／Ｎ比则低于后者,铁铝键复合体腐殖质的分子结构中故敏酸的芳化度高于后者,而富啡酸的芳化度则低于钙键复合体。并且,铁铝键复合体中腐殖质的热稳定性和对金属离子的螯合亲和力皆高于钙键复合体。     

凋落物输入对木荷林土壤微团聚体有机碳及其化学结合形态的影响

[目的]探究地上凋落物、地下根系和菌根输入对红壤恢复林地土壤微团聚体的影响,为退化地进行森林恢复后土壤功能重建和生态系统碳循环提供依据。[方法]以亚热带红壤侵蚀退化地恢复形成的典型阔叶林分木荷纯林为研究对象,设置无凋落物(CT)、菌根(M)、根系+菌根(RM)、地上+地下凋落物(LRM)和地上凋落物加倍(DLRM) 5种输入处理,对土壤微团聚体组成、有机碳及其化学结合形态进行分析。[结果]木荷恢复林土壤微团聚体质量百分比、有机碳、钙键结合态有机碳(Ca-SOC)、铁铝键结合态有机碳[Fe(Al)-SOC]和Ca-SOC/SOC在不同处理间均无显著差异(p>0.05);相对于CT,LRM处理使20～50μm和50～200μm粒级微团聚体Fe(Al)-SOC/SOC分别降低了40.06%和46.67%(p<0.05)。土壤微团聚体质量百分比、有机碳、Ca-SOC和Fe(Al)-SOC均随粒级的增大而减小,有机碳及结合态有机碳趋于在较小粒级的微团聚体颗粒组(<20μm)中富集。微团聚体Ca-SOC含量(0.55～1.28 g/kg)远低于Fe(Al)-SOC含量(6.88～...     

三江源地带性土壤铁（铝）键合碳分布特征

为了解青藏高原腹地天然草地土壤稳定性碳储量,掌握其固碳能力和增汇潜力,将三江源地区土壤按地域空间和3种典型草地类型进行划分,以活动层土壤为对象,进行土壤总有机碳（TOC）及铁（铝）键合碳[Fe (Al)-C]分析,并与地理、气候资料建立关系模型,反演近60年（1961—2020年）时空变化规律。结果表明：（1）江源地区Fe (Al)-C平均含量6.07 g·kg-1,[Fe (Al)-C]/TOC平均16.87 %,其含量分布地带性特征明显,中、东部地区显著高于西部地区（P < 0.05）;（2）3种草地类型Fe (Al)-C含量在2.35 ~ 8.81 g·kg-1,[Fe (Al)-C]/TOC 11.99% ~ 20.52%,高山灌丛草甸和高寒草甸均显著高于高寒草原（P < 0.05）; 3种高寒草地Fe (Al)-C与TOC呈极显著正相关（P < 0.01）;（3）模拟数字化制图结果显示,近20年（2001—2020年）三江源地区Fe (Al)-C分布面积变化相比过去两个时段（1961—1980年和1981—2000年,其含量≥5.75 g·kg-1的分布面积平均增加了1.64 %）,整体处于碳汇状态,三江源地区土壤铁（铝）键合碳在土壤稳定中的固碳潜力不容忽视。     

中国南亚热带乡土针阔树种人工林土壤不同形态铁铝氧化物对有机碳含量的影响

[目的] 探究南亚热带地区乡土针阔树种人工林土壤不同形态铁铝氧化物对土壤有机碳含量的作用特征,为深入理解该地区乡土树种人工林土壤有机碳积累机理提供科学依据。[方法] 以位于广西壮族自治区凭祥市的中国林业科学研究院林业试验中心的马尾松(Pinus massoniana)纯林、格木(Erythrophleum fordii)纯林和马尾松—格木混交林3个乡土针阔树种人工林为研究对象,应用电感耦合等离子体发射光谱仪以及重铬酸钾法分别测定各林分不同土层(0—20,20—40,40—60 cm)土壤铁铝氧化物含量和有机碳含量,采用方差分析法检验各观测指标在不同林分不同土层间的差异性,利用Pearson相关分析法探讨土壤不同形态铁铝氧化物与有机碳之间的关系。[结果] 马尾松—格木混交林土壤有机碳含量显著高于马尾松林和格木林,且3个林分土壤有机碳含量均随土层深度增加而减少;3个人工林土壤中各形态铁铝氧化物含量总体表现为：游离态氧化铁(Fe_d)＞游离态氧化铝(Al_d)＞无定形氧化铁(Fe₀)＞无定形氧化铝(Al_o)＞络合态氧化铁(Fe_p)＞络合态氧化铝(Al_p);土壤Fe_d与土壤有机碳含量显著负相关(p＜0.05),而土壤Fe_o,Fe_p和Al_p与土壤有机碳含量呈显著正相关关系(p＜0.05)。[结论] 南亚热带乡土针阔树种人工林土壤Fe_d含量高,因而增强了土壤有机碳的矿化能力,Fe_o,Fe_p和Al_p含量虽少,但有助于提升土壤有机碳的固持与稳定。     

不同土地利用下湖北江汉平原湿地起源土壤有机碳组分的变化

调查采集长江荆江段湿地围垦农田土壤的表土样品,实验室分析总有机碳(SOC)、热水溶性有机碳(HWEC)、颗粒态有机碳(POC)、易氧化有机碳(LOC)及有机碳键合组分含量特征,比较分析不同土地利用方式下湿地起源土壤有机碳组分的变化。结果表明,棉田土壤总有机碳含量为(8.86±0.73)g/kg,桔园的为(9.07±0.01)g/kg,湿地的为(10.30±0.37)g/kg,稻田的为(15.57±1.92)g/kg。即棉田和桔园的总有机碳含量接近于湿地的,而稻田的较大幅度高于前面旱地和湿地的。同时,稻田的热水溶性有机碳含量显著高于棉田的(p<0.05);颗粒态有机碳含量显著高于桔园的(p<0.05);易氧化有机碳含量变化与总有机碳一致。但是,从不同组分比率来说,湿地、稻田、棉田间HWEC/SOC、POC/SOC和LOC/SOC均无显著差异(p>0.05),而桔园HWEC/SOC显著高于其他利用方式的(p<0.05),棉田POC/SOC显著高于桔园的(p<0.05),桔园LOC/SOC显著高于湿地的(p<0.05)。供试土壤中铁铝键合态有机碳含量均显著高于相应钙键合态有机碳(p<0.05),且后者在不同土地利用方式下变化微弱。从研究结果来看,同是湿地起源的土壤,化学键合组分的差异明显大于物理分离组分的差异,特别是稻田铁铝键合态有机碳和残渣态有机碳含量及其比例显著高于棉田、桔园和湿地的(p<0.05),这进一步说明稻田土壤存在的氧化铁化学结合稳定机制促进了氧化铁活性较高的稻田土壤有机碳稳定积累。     

长期外源有机物料添加对川中丘陵区农田土壤养分和有机碳组分的影响

有机肥和秸秆等有机物料添加是调控土壤肥力的重要手段，可促进农田土壤有机碳的数量和质量发生变化。研究选取盐亭紫色土农业生态试验站长期（16a）6种不同施肥处理试验小区，探究两种形式的外源有机物料（猪粪堆肥和秸秆还田）添加对土壤有机碳及总氮、总磷、硝态氮和速效磷养分含量的影响，并基于固态13C核磁共振波谱技术(13C-NMR)分析其对土壤有机碳化学组分的影响。研究发现，添加有机物料可显著增加0~30 cm土壤有机碳和各养分含量；猪粪堆肥施用对土壤总磷、速效磷和硝态氮含量的影响大于秸秆还田。结果还表明两种有机物料添加改变了耕层土壤有机碳化学组成及其稳定性，有机物料添加增加了0~10 cm表层土壤有机碳中烷氧基碳和羧基碳的比例，降低了烷基碳的比例，同时降低了10~20 cm土层羧基碳比例，增加了烷基碳比例。本研究可为区域旱耕地有机碳库稳定性及其碳汇功能评估提供科学依据。     

蔬菜连作对铜尾矿土壤中有机碳、腐殖质碳以及可溶性有机碳的影响

Carbon of humus acids （HSAC） and dissolved organic carbon （DOC） are the most active forms of soil organic carbon （SOC） and play an important role in global carbon recycling. We investigated the concentrations of HSAC, water-soluble organic carbon （WSOC）, hot water-extractable organic carbon （HWOC） and SOC in soils under different vegetation types of four copper mine tailings sites with differing vegetation succession time periods in Tongling, China. The concentrations of HSAC, WSOC, HWOC and SOC increased with vegetation succession. WSOC concentration increased with the accumulation of SOC in the tailings, and a linearly positive correlation existed between the concentrations of HSAC and SOC in the tailings. However, the percentages of HSAC and DOC in the SOC decreased during vegetation succession. The rate of SOC accumulation was higher when the succession time was longer than 20 years, whereas the speeds of soil organic matter （SOM） decomposition and humification were slow, and the concentrations of HSAC and DOC increased slowly in the tailings. The percentage of carbon of humic acid （HAC） in HSAC increased with vegetation succession, and the values of humification index （HI）, HAC/carbon of fulvic acid, also increased with the accumulation of HSAC and SOC in soils of the tailings sites. However, the HI value in the each of the tailings was less than 0.50. The humification rate of SOM was lower than the accumulation rate of SOM, and the level of soil fertility was still very low in the tailings even after 40 years of natural restoration.     

岩溶山地不同土地利用方式土壤颗粒有机碳和矿物结合态有机碳的分布特征

对重庆中梁山岩溶山地不同土地利用方式下0-40cm土壤颗粒有机碳和矿物结合态有机碳的含量和分布特征进行了研究.结果表明:不同土地利用方式土壤有机碳含量平均值表现为:林地>菜地>草地>橘园地>弃耕地.除橘园地外,其它各土地利用类型土壤细颗粒有机碳(FPOC)含量大于粗颗粒有机碳(CPOC).不同利用方式土壤颗粒有机碳含量在剖面层次中表现不同.0-20cm表层土壤CPOC含量表现为:橘园地>草地>菜地>林地>弃耕地,差异较大.土壤FPOC含量表现为:林地>草地>菜地>橘园地>弃耕地;20-40cm土壤CPOC和FPOC最高值出现在菜地,最低值出现在弃耕地.不同土地利用方式土壤矿物结合态有机碳(MOC)含量和土壤有机碳含量分布特征一致.除橘园地外土壤各组分有机碳分配比例大致表现为:MOC/SOC>CPOC/SOC>FPOC/SOC.相关分析表明,不同土地利用方式土壤SOC和POC呈正相关,相关性不一致.林地和草地呈极显著相关(P<0.01),弃耕地呈显著相关(P<0.05),菜地和橘园地相关性不显著.表明人为干扰和耕作措施会影响POC对SOC的贡献.     

大兴安岭森林土壤矿物结合态有机碳与黑碳的分布及土壤固碳潜力

稳定性土壤有机碳(SSOC)决定着土壤抗干扰与固碳能力。量化了大兴安岭森林土壤两种典型的SSOC:矿物结合态有机碳(MOC)与黑碳(BC),并以矿物结合态碳库为碳饱和容量来估算土壤的固碳潜力。MOC的量化采取物理分组和化学分离两种方法,BC的分析采用重铬酸钾氧化法。结果表明:粒级分组方法过高估计了MOC,矿物结合态有机质中的有机碳并非完全与矿物络合。BC占土壤有机碳(SOC)的比例约为25.4%,其中,颗粒有机质(POM)中BC所占比例约为26.3%,说明颗粒有机碳(POC)并非绝对属于活性组分。表层土壤碳饱和水平达到了97.8%,而深层仅有21.2%,表明深层土壤的固碳潜力巨大,为当前深层SOC储量的1.86倍。目前的碳饱和理论均以SSOC为基础,然而,BC于POM中的存在说明了POC在土壤固碳潜力中的重要性。     

可溶性有机碳在典型土壤上的吸附行为及机理

定量分析可溶性有机碳(DOC)在不同土壤上的吸附行为可为DOC在不同地区土壤中的去向及污染风险评估提供理论基础。本研究以河南潮土(包括砂质、壤质和黏质3种质地)、江苏黄泥土、江西红黏土和海南砖红壤等典型土壤为吸附介质,采用一次平衡法比较了DOC在不同土壤中的吸附容量及平衡液中DOC的结构变化。结果表明,供试土壤对DOC的吸附可用修正的Langmuir模型拟合。最大吸附量(Q_(max))从高到低依次为红黏土(2 892.67 mg/kg)、砖红壤(1 969.77 mg/kg)、黏质潮土(1 803.03 mg/kg)、黄泥土(1 003.84 mg/kg)、壤质潮土(989.31 mg/kg)和砂质潮土(441.18 mg/kg)。黄泥土的亲和系数(k)最大(2.53×10~(–3)),其次为砖红壤、红黏土和3种潮土。吸附后,除砂质潮土和壤质潮土外,其他土壤平衡液的芳香性均降低。相关性分析表明无定形氧化铝显著影响了Q_(max),而氧化铁的形态(无定形、络合态和低结晶态)决定了k值大小。红黏土、砖红壤和黄泥土更容易吸附DOC中的芳香族成分,主要吸附机制可能为配位体交换;砂质潮土和壤质潮土主要为阳离子架桥,而黏质潮土同时存在这两种吸附机制。     

东北黑土有机碳的分布及其损失量研究

为了分析东北黑土土壤有机碳(SOC)的分布特征及其开垦以来黑土SOC的损失程度,我们于2004～2005年在黑龙江和吉林两省采集了32个自然黑土剖面样品,在每个自然黑土样品附近对应采集32个景观条件相似的耕作黑土样品。结果表明,自然黑土样品0～30cm土层SOC含量平均为32.20 g kg-1,最高可达63.46 g kg-1,黑龙江省自然黑土SOC含量(34.55 g kg-1)高于吉林省(23.80 g kg-1)。耕作土壤SOC平均含量为22.71 g kg-1,远低于自然土壤。受温度的影响,随着纬度的增加,自然黑土与耕作黑土SOC含量逐渐递增。由于土壤侵蚀以及耕垦和去除作物残留物等农业管理措施的综合作用,使得耕作黑土表层SOC含量小于自然黑土。与自然黑土相比,耕作黑土0～10cm土层SOC损失量在26.84%～46.57%之间,亚表层损失相对较少。黑土SOC含量下降也是土壤水土流失致使黑土层变薄的一个直接表现。耕作黑土表层流失厚度可以通过自然与耕作黑土剖面SOC含量的分异差值来估算。通过对土壤剖面上SOC的分布进行校正剔除土壤侵蚀的影响后得到的同等深度SOC含量的差值才可视为由耕作以及有机质输入量差异等因素造成的SOC损失量。未经校正而进行的自然黑土和耕作黑土同一深度SOC含量的比较可能过高估计了农业管理措施对土壤SOC损失量的影响。     

开垦对草甸土有机碳的影响

本文利用经典统计学和地统计学相结合的方法,选取科尔沁沙地东南缘草甸土两块10×10m的样地为例,分析了草地开垦8a后的耕地耕作层土壤有机碳含量和空间分布格局的变化,结果表明:草地与耕地表层(0～10cm)土壤有机碳含量差异不显著,草地亚表层(10～20cm)土壤有机碳含量低于耕地(p<0.05);草地与耕地表层和亚表层土壤有机碳空间分布格局具有明显差异,表现为草地的表层和亚表层的结构异质性分别大于耕地,分数维小于耕地,空间依赖性强于耕地,空间分布格局的破碎程度弱于耕地。耕地表层与亚表层土壤有机碳含量差异不显著(p<0.05),但空间结构特征和空间分布格局存在明显的差异;而草地表层与亚表层土壤有机碳含量差异显著(p<0.05),但空间结构特征和空间分布格局比较相似。因此,开垦不仅影响草甸土有机碳含量的高低,而且影响其空间结构特征和分布格局。这对进一步了解草地开垦对土壤有机碳及全球碳循环和气候变化的影响具有重要意义。     

上海市绿地表层土壤有机碳储量的估算

本文调查了上海市472个绿地土壤样点,通过对其土壤有机碳含量、密度等指标进行测定分析,最终估算出上海市绿地土壤表层有机碳储量,同时为预测上海市未来十几年的碳库变化提供数据支撑。研究结果表明:①上海市绿地表层(0～20 cm)土壤有机碳空间分异性较大,土壤有机碳含量和密度表现为西高东低,且自中心向四周逐渐增高。②不同绿地类型土壤有机碳含量大小依次为:公园绿地>公共绿地>道路绿地;有机碳密度的大小依次为:公共绿地>公园绿地>道路绿地。不同绿地类型土壤有机碳含量和密度差异显著,其中,城区不同绿地类型土壤有机碳含量和密度差异显著(P<0.05),但郊区不同绿地类型土壤有机碳含量和密度差异不显著(P>0.05)。③2015年上海市绿地表层土壤有机碳储量约为4.26×106 t。预计到2035年,上海市绿地表层土壤有机碳储量约可达到1.53×107 t。     

农田土壤有机碳固定机制及其影响因子研究进展

全球气候变暖引起的环境问题已经引起各国政府及科学家的密切关注。农田土壤作为大气CO2的源和库,在全球碳循环中的重要角色日渐被认识。本文围绕土壤固碳的基本问题,总结了农田土壤固碳潜力、土壤有机碳固定机制及其影响因素的国内外研究进展。国内研究表明,目前耕地的地力不稳,土壤有机碳密度较低,农田土壤固碳的潜力较大。因此,加强不同区域农田土壤固碳潜力、固碳过程、固碳机理等方面的研究,设计合理优化的农业管理措施,是今后研究的重点。     

栓皮栎林与油松林土壤有机碳及其组分的研究

土壤有机碳在可持续森林生产力的维持中起重要作用。本文以北京鹫峰地区栓皮栎林和油松林为研究对象,对土壤有机碳及其组分的含量与密度进行了研究。结果表明,在0~20 cm土层中,栓皮栎林土壤总有机碳、轻组有机碳和易氧化碳的含量分别达到14.05 g kg-1、2.97 g kg-1和0.38 g kg-1,显著高于油松林。栓皮栎林0~20 cm土层内土壤颗粒有机碳、轻组有机碳和易氧化碳密度分别较油松林高39.68%、77.77%、145.45%,两植被类型间的的差异均达到了显著水平。在土壤总有机碳中,颗粒有机碳、轻组有机碳和易氧化碳的分配比例分别为23.60%~41.40%、9.10%~33.33%和1.39%~2.80%。因此,栓皮栎林较油松林更有利于土壤总有机碳和活性有机碳的积累。     

纳帕海高原湿地土壤有机碳密度及碳储量特征

选取纳帕海典型沼泽、沼泽化草甸和草甸为研究对象,研究纳帕海湿地土壤有机碳密度及碳储量特征。结果表明:沼泽和沼泽化草甸土壤剖面有机碳含量明显高于草甸土壤;沼泽、沼泽化草甸和草甸土壤剖面有机碳密度与有机碳含量变化趋势基本一致,沼泽和沼泽化草甸土壤剖面有机碳密度均在30kg/m3以上,草甸土壤0-40cm有机碳密度高于30kg/m3,40cm以下有机碳密度均低于30kg/m3;沼泽、沼泽化草甸和草甸土壤储碳层厚度分别为60,80,20cm,1m深度以内有机碳储量分别为393.53,458.81,305.78t/hm2。     

长期定位施肥对棕壤有机碳的影响

通过对棕壤有机肥和化肥长期定位施肥的研究表明,长期施肥对耕层土壤有机碳含量和有机碳储量有显著性影响(P<0.05)。与试验前土壤相比,施用有机肥能显著增加土壤有机碳含量和储量;当有机肥和无机肥配合施用时,其促进作用明显大于单施化肥。单施化肥能够提高土壤有机碳含量和储量,但增加幅度不大。经过26年施肥,不同层次土壤有机碳含量有一定程度的升高,随着土层的加深,有机碳含量迅速下降,各处理之间无明显差异。